Alterungsbeständigkeit von Straßenbaubitumen - Gestrata · TS - ungenügende Dicke des...

GESTRATAThema: Alterungsbeständigkeit von StraßenbaubitumenVortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR 2008 1

Alterungsbeständigkeit von Straßenbaubitumen

Markus Spiegl

Heinrich Steidl

Max Weixlbaum


Alterung von Bitumen: Projektbeteiligte

TPA Gesellschaft für Qualitätssicherung und Innovation GmbHMax Weixlbaum

OMV Refining & MarketingHeinrich SteidlMarkus Spiegl

Technische Universität WienInstitut für Straßenbau und Straßenerhaltung

Christian Doppler Labor – GVO Prüfung Asphalt

Institut für Straßenbau und StraßenerhaltungInstitute for Road Construction and Road Maintenance


Alterung von Bitumen: Projektanlass

BTD 16 (70/100) – 8 cm- Einbau 9/2004:

Hohlraumgehalt des MischgutesMischgutzusammensetzungHohlraumgehalt der SchichtVerdichtungsgradAsphalt gem. RVS o.k.

- Erste Schäden 2005- nur Deckschicht- Längs-/Querrisse- Ausmagerungserscheinung

- Begutachtung 8/2006


SCHADENSURSACHE ?


Schadensursache

Rückgewonnenes Bindemittel – BTD 16 (70/100)- PEN: 14 1/10mm (70-100)- ERK: 87,5 °C (43-51 °C)- Brechpunkt: +1 °C (<-10°C)- Paraffin: 3,3 % (max. 2,2 %)

Mögliche Schadensursache:- ungenügende Frostsicherheit der ungebundenen Tragschichten- ungenügende Tragfähigkeit des Unterbaues oder der ungeb. TS- ungenügende Dicke des bituminösen Oberbaues Lastklassen- Steigende Schwerverkehrsbelastung- Verhärtung des Bindemittels- ……

-> extreme Alterung nachnur 2 Jahren!


Alterung von Bitumen: Projektumfang

- Straßenbaubitumen 70/100 gem. ÖNORM EN 12591~80 % des gesamten österreichischen StraßenbausAC trag, AC deck

- Auswahl von 10 Marktmustern von unterschiedlichen Raffinerien, die in Österreich verwendet werden


Projektumfang: 10 Marktmuster

©2007GoogleTM

70/100AT 1 Raffinerie

CZ 1 Raffinerie

DE 3 Raffinerien

HU 1 Raffinerie

IT 3 Raffinerien

PL 1 Raffinerie


Alterung von Bitumen: Projektumfang

- Auswahl von 10 Marktmustern von unterschiedlichen Raffinerien, die in Österreich verwendet werden – Straßenbaubitumen 70/100

- Untersuchung von 3 AlterungsstufenOriginal – RTFOT – RTFOT & PAV

- Empirische BindemitteluntersuchungenPEN, ERK, Fraaß

- Gebrauchsverhaltensorientierte (GVO) BindemitteluntersuchungenBBR

- Chemische BindemitteluntersuchungenGPC, Iatroscan

- GVO Asphaltprüfungen für Tieftemperaturbereich (ÖNORM B 3590)Abkühl-, Zug- & Ermüdungsversuche


Alterungsstufen

- Stufe A – Original, ungealtert- Stufe B – RTFOT (Rolling Thin Film Oven Test)

ÖNORM EN 12607-1: 75 min bei 163 °CSimulation der Alterung währendMischvorgang, Transport und Einbau

- Stufe C – PAV (Pressure Ageing Vessel)ÖNORM EN 14769:100 °C, 21 bar, 20 hLangzeitalterung, Simulation einerLiegedauer von ~ 10 Jahren


Penetration – Erweichungspunkt RuK

10

30

50

70

90

110

40 45 50 55 60 65 70Erweichungspunkt RuK [°C]

Pene

trat

ion

[x0,

1mm

]

Spezifikation EN12591Original BitumenRTFOT gealtertPAV gealtert

70/100


Verbleibende Penetration

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Ref.Nr. 1

Ref.Nr. 2

Ref.Nr. 3

Ref.Nr. 4

Ref.Nr. 5

Ref.Nr. 6

Ref.Nr. 7

Ref.Nr. 8

Ref.Nr. 9

Ref.Nr. 10

Verb

leib

ende

Pen

etra

tion

[%] RTFOT gealtert

PAV gealtert

46 %


Anstieg Erweichungspunkt RuK

0

5

10

15

20

25

30

Ref.Nr. 1

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Ref.Nr. 9

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Ans

tieg

ERK

[°C

]

RTFOT gealtert

PAV gealtert

9°C


Brechpunkt nach Fraaß

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

Ref.Nr. 1

Ref.Nr. 2

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Ref.Nr. 8

Ref.Nr. 9

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Bre

chpu

nkt F

raaß

[°C

]

OriginalRTFOT gealtertPAV gealtert

-10°C


Bending Beam Rheometer (BBR)

GVO BindemittelprüfungTieftemperaturverhalten

Prüfverfahren: - 3-Punktbiegung

- RTFOT & PAV gealtert (C-Stufe)

- Kennwerte: - Steifigkeit (S60)- Relaxationsvermögen (m60-Wert)


Steifigkeit und m-Wert – BBR

-20

-15

-10

-5

0

5

10

Ref. Nr. 2 Ref. Nr. 3 Ref. Nr. 5 Ref. Nr. 6 Ref. Nr. 7 Ref. Nr. 9 Ref. Nr. 10

Tem

pera

tur [

°C]

Temperatur (S=300 MPa)Temperatur (m-Wert=0,3)Differenz


Asphaltuntersuchungen – ÖNORM B 3590

AbkühlversuchAbkühlrate: 10 °C/h

Länge Konstant gehalten-> Bruchspannung σBr

-> Bruchtemperatur TBr

-> kritische Temperatur Tkrit

Spa

nnun

g [N

/mm

²]-40 -30 -20 -10 0 +10

1

2

3

4

5

6

gealtert

ungealtert

TBr Tkrit

σBr

Temperatur [°C]


Bruchtemperatur – Abkühlversuch

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

Ref. Nr. 1 Ref. Nr. 2 Ref. Nr. 4 Ref. Nr. 10

T Br [

°C]

ungealtertgealtert (Stufe - C)Differenz


Kritische Temperatur – Abkühlversuch

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

Ref. Nr. 1 Ref. Nr. 2 Ref. Nr. 4 Ref. Nr. 10

T krit

[°C

]

ungealtertgealtert (Stufe - C)Differenz


3-fach RTFOT – Beständigkeit gegen Verhärtung

0

5

1 0

1 5

2 0

2 5

0 7 5 1 5 0 2 2 5 3 0 0RTFOT [min]

Ans

tieg

ERK

[°C

]

Ref. Nr. 1Ref. Nr. 2Ref. Nr. 4Ref. Nr. 10


Zusammenfassung

- Ausgangsbitumen entspricht der ÖNORM EN 12591

- unterschiedliche Qualitäten im Gebrauchsverhalten

- Vielzahl an Schadensursachen, eine davon kann die Bitumenqualität sein

- Rissanfälligkeit hängt vom Alterungsverhalten bzw. Beständigkeit gegen Verhärtung ab

- geeignete Versuche zur Beurteilung der Rissanfälligkeit

- Schnelltest zur Beurteilung der Alterungsneigung

Empfehlungen – Umsetzung?


Empfehlungen für Mischguthersteller

- hohe Mischtemperatur vermeiden- Mischgut abdecken beim Transport- Zeit zwischen Mischen und Verdichten kurz halten- bei der Bitumenauswahl auf die Qualität achten

schlechte Qualität -> hohe Folgekosten- Wie kann eine gute Qualität erkannt werden?

Eigenüberwachung des BitumensRTFOT bei 185 °C3-fach RTFOT bei 163 °CBrechpunkt Fraaß vor und nach RTFOT

Zusätzliche Qualitätsanforderungen an Bitumenlieferant bzw. Bitumenhersteller


Empfehlung für Bitumenhersteller

- Qualitätsoffensive – höhere Produktanforderungen

- Anforderung an Alterungsneigung verschärfen

- Angabe von GVO TestergebnissenBBR (Stufe – C)

DSR (Stufe – B, Stufe – C)

- zusätzliche Tests und Kennwerte3-fach RTFOT bei 163 °C

Pen, ERK, Brechpunkt Fraaß (Stufe – C)

Brechpunkt Fraaß vor und nach RTFOT


Abgeleitete Ziele

-> Thematisierung bei der Normenüberarbeitung-> Überarbeitung der RVS:

zusätzliches Alterungskriterium einführenbestehenden Kriterien verschärfen (max. Veränderung durch RTFOT um eine Klasse)Einführung GVO Kennwerte für Bitumen

-> „Technisches Merkblatt“ für die Bestimmung derBitumenqualität durch GESTRATA oder FSV

-> Einführung eines Abnahmekriteriums für Bitumen


Danke für ihre Aufmerksamkeit!


Alterungsbeständigkeit von Straßenbaubitumen

Markus Spiegl

Heinrich Steidl

Max Weixlbaum

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